Pielāgošanās iespējas hidroelektrostacijām

Hidroenerģijas ražošana pēc definīcijas ir atkarīga no ūdens pieejamības, un tāpēc to ietekmē klimata pārmaiņu ietekme uz ūdens baseiniem, galvenokārt izmantojot divus (pretējus) ceļus. Klimata pārmaiņas var izraisīt ūdens trūkumu, kā rezultātā var samazināties upju plūsmas un ūdens uzkrāšanās dambjos, un līdz ar to var samazināties ūdens daudzums, kas var izplūst caur turbīnām vai pa upju spēkstacijām, lai ražotu elektroenerģiju. Savukārt klimata pārmaiņas var palielināt ekstremālu nokrišņu biežumu un intensitāti un paātrināt sniega kušanu, tādējādi palielinot plūdu risku. Dažas vietas visā ES būs vairāk pakļautas ūdens trūkuma problēmām, bet citas — pēkšņai ūdens pārpilnībai: paredzams, ka parasti sausums nopietni apdraudēs lielāko daļu reģionu, izņemot Ziemeļeiropu, un plūdi, kas reiz piedzīvoti gadsimtu, būs biežāki visos lielākajos Eiropas upju baseinos (EVA, 2016). Tomēr abas parādības var rasties visā Eiropā, mainoties biežumam mainīgā klimatā.

Šī paredzamo hidrometeoroloģisko pārmaiņu mainība visā Eiropā ir pamatojums pirmajam šeit apspriestajam pielāgošanās risinājumam. Raugoties no pielāgošanās klimata pārmaiņām viedokļa, ir ļoti svarīgi, lai komunālie uzņēmumi, kas ekspluatē hidroelektrostacijas, gūtu detalizētu izpratni par nākotnes apstākļiem, kādos katra stacija darbosies. Klimata pārmaiņu rezultātā ūdens aplis sezonāli mainīsies, un sausuma periodi būs ilgāki, kad ūdens būs trūcīgāks nekā parasti, sniega kušana kalnu nogāzēs pavasarī būs agrāka un līdz ar to radīsies lielas kušanas ūdens plūsmas, kā arī paātrināta ledāju kušana, kas sākotnēji palielinās ūdens pieejamību, kam sekos ūdens pieejamības pasliktināšanās. Ja nav augšupējas plūsmas kontroles infrastruktūras, agrīnas un bagātīgākas pavasara plūsmas var radīt problēmas upju noteces stacijām, radot neatbilstību starp elektroenerģijas ražošanu un pieprasījumu.

Visas šīs parādības būs rūpīgi jāpārskata hidroelektrostaciju ekspluatācijas, uzturēšanas un, iespējams, klimatdrošināšanas inženiertehnisko intervenču plānošanā. Turklāt precīzi scenāriji būs svarīgi, lai rastu kopīgus risinājumus konkurējošiem lietojumiem ūdens trūkuma periodos, palīdzot novērtēt dažādu lietotāju, kas nav elektroapgādes uzņēmumi, — lauksaimnieku, zvejniecības uzņēmumu, dzīvojamo ēku, ūdens transporta uzņēmumu, atpūtas uzņēmumu u. c. — faktiskās vajadzības un iespējamo pieprasījuma laiku. Tādējādi pirmais pielāgošanās risinājums ir augstas izšķirtspējas klimatisko un hidrometeoroloģisko scenāriju izveide katrai aizsprosta vietai un upes baseinam, kam tie pieder, tā, lai tie būtu viegli pieejami un saprotami elektroapgādes uzņēmumu vadībai un visiem pārējiem lietotājiem baseinā. Šajā nolūkā var izstrādāt īpašus klimata pakalpojumus, lai pieejamā formātā sniegtu precīzas attiecīgo rādītāju prognozes.

Dažos gadījumos prognozētie klimatiskie apstākļi var liecināt, ka ar plānoto darbību pārskatīšanu var nepietikt un ka infrastruktūras pielāgošana var būt pareiza. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad ir paredzams, ka palielināsies ekstremālu nokrišņu gadījumu skaits, kā rezultātā aizsprostu vietās palielināsies plūdi. Aizsprostu applūšanas negatīvā ietekme ietver pārapgāšanos, dīkstāves, aprīkojuma bojājumus un nelabvēlīgu ietekmi lejup pa straumi. Pēkšņais ūdens daudzums, ko izraisa plūdi, ir jānovada drošā veidā, lai līdz minimumam samazinātu kaitējumu iekārtai un lejupējām ekosistēmām, kā arī cilvēku infrastruktūrai un darbībām. Ekstrēmi nokrišņi var izraisīt arī hidrometeoroloģisku ietekmi, piemēram, zemes nogruvumus vai pārmērīgu sanesu veidošanos, kas var samazināt ūdens daudzumu rezervuārā un/vai aizsprostot ūdens novadīšanas sistēmu.

Ir vairākas inženierijas iespējas, ko var izmantot, lai pārvaldītu aizsprostu noplūdes, kuras būtībā var sagrupēt izšļakstījumos, aizbīdņu sistēmās un drošinātāju aizbāžņos.

Spillways var būt dažādas dizaina formas, kuru mērķis ir droši izkliedēt novadītā ūdens enerģiju, vienlaikus nodrošinot vēlamos aizplūdes apjomus. Tie var darboties automātiski, kad ūdens aizsprostā sasniedz noteiktu līmeni, vai arī tos var savienot ar vārtiem, kas novirza ūdens plūsmu uz noplūdes ceļu. Dizaina formas ietver izpletņu izpletņus, pakāpienus izpletņus, zvana un mutes izpletņus, sifonu izpletņus, ogee cekus, sānu kanālus, labirinta izpletņus un klavieru atslēgu aizsprostus (PKW). Aizsprosta un apkārtējās teritorijas orogrāfijas un hidroloģijas tehniskās īpašības nosaka konkrētu noplūdes ceļu veidu saderību ar aizsprostu: tas nozīmē, ka ne visas noplūdes ceļu sistēmas ir saderīgas ar visiem aizsprostiem.

Vārtu sistēmas ir vairāki vārti, kas uzstādīti gar aizsprosta sienu vai ap zvanveida mutes izšļakstījumiem, kurus var atvērt, lai pārvaldītu rezervuāra ūdens līmeni un jo īpaši lai applūšanas gadījumā atbrīvotu lejtecē lieko ūdens apjomu. Atkal tie var būt savienoti ar izšļakstījumiem, lai droši izkliedētu novadītā ūdens kinētisko enerģiju. Tie ir ieviesti daudzos esošajos aizsprostos plūsmas pārvaldībai. Pārmērīgu plūdu izraisītas piesātinājuma sistēmas var neizdoties.

Drošinātāju aizbāžņi ir erodējami zemes dambja posmi, kas paredzēti izskalošanai iepriekš noteiktos applūšanas apstākļos. Būtībā tie darbojas kā buferi, kas absorbē un palēnina pārplūdi, un tos var upurēt, jo to atjaunošanas izmaksas ir tikai neliela daļa no izmaksām, kas būtu jāsedz, ja tiktu bojāts galvenais aizsprosts. Tos var uzstādīt tikai tad, ja ir piemērotas vietas ģeogrāfiskās un ģeoloģiskās iezīmes un savietojami lejupējie apstākļi (piemēram, sēdeklis samērīgā attālumā no galvenā aizsprosta gar rezervuāra malu, lai novadītu lieko ūdeni; ciets iežu pamats aizbāžņam, lai izturētu eroziju; kanāls, lai droši novirzītu pārplūdi no aizbāžņa uz galveno upi, lai aizsargātu lejteces struktūras).

Parasti noplūdes ceļu un vārtu sistēmu uzstādīšana var notikt tikai aizsprosta būvniecības posmā, tāpēc modernizācija parasti nav iespējama. Tas neattiecas uz drošinātāju aizbāžņiem un PKW sistēmām. Climate-ADAPT gadījuma izpētē par plūdu riska pārvaldību Francijas hidroelektrostacijās ir aplūkoti PKW plusi un mīnusi. PKW ir dažas skaidras priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem noplūdes ceļiem un ventilācijas sistēmām, piemēram, iespēja tos uzstādīt kā modernizāciju esošajos aizsprostos un fakts, ka tie nodrošina brīvas plūsmas noplūdes ceļu bez maksimālās jaudas ierobežojumiem, tādējādi spējot tikt galā ar augstu plūsmas līmeni un strādāt drošākos apstākļos nekā ventilācijas sistēmas, un pilnīgi automātiski, bez cilvēka iejaukšanās.

Ekstrēms infrastruktūras pielāgošanas risinājums ir ražotņu jaudas palielināšana, būvējot lielākus aizsprostus. Tas var būt lietderīgi īpašos apstākļos, kad tuvākajā nākotnē ir paredzams ievērojams ūdens noteces pieaugums un tas ir pietiekami ilgs, lai varētu atgūt ieguldījumu izmaksas. Tas var būt gadījums, kad ir gaidāma lielu ledāju sabrukšana, kā tas ir Īslandes gadījuma izpētē . Tomēr šīs iespējas piemērojamība ES, iespējams, ir ļoti ierobežota ļoti atšķirīgo hidrometeoroloģisko un glacioloģisko apstākļu dēļ.

Attiecībā uz klimata pakalpojumiem svarīgi ir iesaistīt attiecīgos potenciālos lietotājus pakalpojumu kopizstrādes procesā. Tādējādi tas ir atkarīgs no tā, kā pakalpojums ir paredzēts: ja to uzskata par plānošanas instrumentu stingriem hidroenerģijas ražošanas mērķiem, ieinteresēto personu iesaistīšana var nebūt būtisks faktors. Tomēr, ja tiek pieņemta plašāka perspektīva un pakalpojums ir izstrādāts tā, lai kalpotu visiem attiecīgajiem upes baseina lietotājiem, kopizstrādes process novedīs pie mijiedarbības starp visu attiecīgo lietotāju kategoriju pārstāvjiem. Protams, plānoto darbību faktiskajai pārskatīšanai, ņemot vērā paredzamo klimata pārmaiņu ietekmi, būs jābūt pēc iespējas iekļaujošākai, lai veiksmīgi samazinātu turpmākos konfliktus.

Lai izveidotu jaunas infrastruktūras, jo īpaši saistībā ar dambju paplašināšanu, ir jāiesaista visi upju baseinu izmantotāji un jāpanāk vienošanās starp tiem par ūdens izmantošanas tiesībām un kompensācijām.

Skaidru un lietošanai gatavu indikatoru nodrošināšanas priekšrocības ūdens izmantošanas plānošanā ir diezgan acīmredzamas, jo efektīvas plānošanas pamatā var būt tikai precīza un labi saprotama informācija. Galvenais jautājums šeit ir kopīgs visiem klimata pakalpojumiem; tas ir saistīts ar grūtībām, kas raksturīgas, no vienas puses, mūsdienīgas zinātniskās informācijas identificēšanai, kas faktiski attiecas uz lietotāju darbībām, un, no otras puses, šādas informācijas iepakošanai tādā veidā, lai tās noformēšanas formāts un valoda būtu netehniska un pietiekami pieejama lietotājiem, kuri nepārzina izmantotās zinātnes disciplīnas. Šajā nolūkā izšķiroša nozīme ir kopizstrādes posmam.

Infrastruktūras pielāgošanu vairumā gadījumu ierobežo tas, ka lielāko daļu noplūdes ceļu un vārtu sistēmu var būvēt tikai kopā ar aizsprostu, un tāpēc tā ir derīga iespēja tikai turpmākiem hidroenerģijas projektiem. Galvenais izņēmums ir PKW sistēma, kuras elastība un salīdzinoši zemās izmaksas ir apspriestas saistītā Francijas gadījuma izpētē, kā arī tās (saskaņā ar pieejamo informāciju maznozīmīgie) ierobežojumi.

Klimata pakalpojumi hidroenerģijai parasti ir diezgan lēti salīdzinājumā ar ieguldījumiem infrastruktūrā. Dažos gadījumos attiecīgos datus var iegūt no projektiem, kurus tieši neveic uzņēmumi, kas ekspluatē stacijas, piemēram, no pētniecības projektiem ES līmenī, kas var nodrošināt (gandrīz) brīvu piekļuvi visiem attiecīgajiem ES lietotājiem. Konsultāciju uzņēmumi var piedāvāt pielāgotākas paketes par tirgus cenām, bet var sagaidīt, ka šādu līgumu cenu diapazons būs robežās no desmitiem līdz simtiem tūkstošu euro. Ieguvumi no klimata pakalpojumiem samazinās līdz minimumam, samazinot turpmāko pakļautību riskam un konfliktus ar citiem ūdens lietotājiem, kā arī optimizējot elektroenerģijas ražošanas profilu, ņemot vērā paredzamās izmaiņas ūdens pieejamības profilos.

Infrastruktūras modernizācija, lai kontrolētu lieko ūdens plūsmu, var izmaksāt no vairākiem simtiem tūkstošu euro (100 000 PKW, kā ziņots Francijas gadījuma izpētē) līdz vairākiem miljoniem euro atkarībā no dambja specifiskajām īpašībām atrašanās vietas, struktūras un ūdens plūsmas ziņā. Galvenie ieguvumi nepārprotami ir paredzamā kaitējuma samazināšana hidroelektrostacijas infrastruktūrai un lejupējai infrastruktūrai un ekosistēmām, kā arī lielāka spēja pārvaldīt ūdens līmeni rezervuārā; tādējādi modernizācija var nodrošināt raitāku stacijas darbību, kas var palielināt rentabilitāti. Ja šādas infrastruktūras ierīkošanas rezultātā palielinās vidējais ūdens apjoms, kas tiek uzglabāts rezervuārā, tas var palielināt elektroenerģijas ražošanu, ja to atļauj tirgus apstākļi, kā arī palielināt rezervuāra kā bufera lomu, kas var uzlabot visa upes baseina noturību.

Vienīgie potenciāli būtiskie juridiskie aspekti ir tie, kas saistīti ar atļauju piešķiršanas procesu jaunām infrastruktūrām, piemēram, jaunām ūdens novadīšanas infrastruktūrām, kas aizņem iepriekš neskartas upes baseina daļas, un, protams, lielāku dambju būvniecību. Uz šiem projektiem attiecas valsts noteikumi par jaunu infrastruktūru atļaušanu.

Copernicus ietvaros jau ir pieejami daži klimata pakalpojumi, kas attiecas arī uz hidroelektrostaciju plānošanu un pārvaldību. Starpnieku noslēgtie ad hoc konsultāciju līgumi dažu mēnešu laikā var sniegt attiecīgus klimatiskos rādītājus. Plūdu kontroles infrastruktūras būvniecības laiks ir atkarīgs no dambja īpatnībām, un tas var svārstīties no dažiem mēnešiem līdz dažiem gadiem. Ir vajadzīgi daži gadi, lai būvētu lielākus aizsprostus.

Klimata pakalpojumu kalpošanas laiks ir atkarīgs no lietotāja saskarņu, datubāzu un modeļu pastāvīgas atjaunināšanas un uzturēšanas. Attiecībā uz infrastruktūras modernizāciju nav skaidru norāžu, bet, ja tā tiek pienācīgi uzturēta, var pieņemt, ka tā ilgs tik ilgi, kamēr aizsprosta atlikušais darbmūžs (parasti vairākas desmitgades). Drošinātāju sveces pēc konstrukcijas ir paredzēts mazgāt lielos plūdu gadījumos, un to periodiskā rekonstrukcija būtu jāņem vērā, plānojot hidroenerģijas infrastruktūru, kurai tās pieder. Jaunu aizsprostu kalpošanas laiks ir vidēji 50 gadi, bet tie var ilgt līdz pat gadsimtam, lai gan pēc 50 gadiem pieaug uzturēšanas izmaksas un strukturālās stabilitātes riski.